通过科幻小说接触非理科学生外文翻译资料

本科毕业设计（论文）

外文翻译

通过科幻小说接触非理科学生

作者：唐纳德·A·史密斯

国籍：美国

出处：《物理教师》47302（2009）

中文译文：

2006年，我有机会为非科学专业的学生设计了一门物理课程，我选择围绕科幻小说来设计这门课程，不是作为定量问题的来源，而是作为传达重要物理概念的手段。我希望，通过在推理中遇到这些概念，很少或没有受过科学或数学训练的学生可能会对这些概念感到更舒服。我还认为，这些故事可能会提供一个背景，使学生能够记住他们更清楚，如果他们正在阅读物理教科书的想法。

我不是第一个用科幻小说来教科学的人。艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在1968年提出，科幻小说可能有助于在课堂上传达科学思想。许多其他作者对这一建议热情地加以阐述。例如，汤姆·索斯沃思（tomsouthworth）描述了他如何将科幻故事融入高中生的现代物理学教学中，玛尔塔·达克（Marta Dark）则在斯皮尔曼学院（Spelman College）用科幻电影教授入门物理学。

该专题也为公众宣传提供了一个工具，许多书籍和网站都证明了这一点。也许最著名的是劳伦斯·克劳斯的《星际迷航的物理学》，这本书开创了一系列的物理学书籍。菲尔·普莱特的《糟糕的天文学》主要关注的是非虚构媒体中的天文学和物理学错误，但他用一章来谴责科幻电影。最近，2007年秋天出版的两本书用好莱坞来形容佩达·高吉：汤姆·罗杰斯的《愚蠢得出丑的电影物理学》和亚当·维纳的《不要在家里尝试：好莱坞电影的物理学》。

其中许多作品的方法是将科幻电影或故事作为一个文字问题，展示如何计算出真正应该发生的事情。例如，Dark分析了电影《世界末日》（Armageddon）从动量守恒和运动学的角度描述了一个勉强避免的小行星撞击地球的过程。我的方法更接近Dubeck等人所描述的：用故事来联系和激励那些逃避科学课的学生。我的学生主修戏剧、宗教、历史和音乐等科目，他们最不想做的就是计算。

为了构建这门课程，我首先列出了一些物理概念，我希望所有的非科学家都能对这些概念有一个基本的了解。最后的名单包括，除其他外：物理定律的特征，空间，时间，引力，和亚原子世界（量子力学和粒子物理的标准模型的结合）。然后，我发现了一些短篇小说、小说、电视剧和电影，我希望它们能以令人难忘的方式传达这些思想，要么表现得很好，要么把它们搞错。我发现很难找到一个故事，让一个物理概念的理解成为故事的核心，而不是用物理概念作为一个角色戏剧的背景。

法规：

在开始这门课之前，我们读了汤姆·戈德温的《寒冷的方程式》，在这本书中，一个无辜的偷渡者必须被扔进太空，因为船上没有足够的燃料和额外的质量着陆。事实证明，这是一个很好的故事，可以把学生们吸引到这门课程中来，因为几乎每个人都发现，尽管（或者可能是因为）情况复杂，但这种困境还是令人信服的。这个故事对物理规律和社会规律之间的差异进行了精彩的讨论，并使我们得以审视科学规律是如何构建的。在期末考试中，大多数学生正确地把科学法描述为描述性的，把社会法描述为禁止性的。

空间：

埃德温·阿博特的《平面国》对许多学生来说是一次大开眼界的经历，他们从来没有考虑过什么是空间，也没有考虑过如何定义维度。雅培的二维生命体的生活以及他们的经验被外推到一个或三个维度的方式，给了学生一种思考第四个（空间）维度可能是什么的方式。

这让我们讨论了曲面空间，而从低维到平面的争论范式允许我沿着类似的路径从圆到球体到高阶曲面空间。尽管数学恐惧症是这些学生的严重障碍，但他们知道毕达哥拉斯定理。我让他们测量球体和拉伸织物上三角形的边，这样他们就可以自己看到定理不存在于曲线空间中。然后我引入了度量的概念，并把我的方法转化为广义相对论。

为了补充弗拉特兰，我们读了纳尔逊·邦德的《不知从哪里来的怪物》。正方形与球体的接触是一种神秘的体验：向更高维度的外推最终通向上帝。在邦德的故事中，高维生命是危险的，甚至可能是敌对的。这个故事激起了学生们的强烈感情，并引发了一场热烈的讨论：科学探索是否总是合理的，还是有些问题最好不提。

时间：

威尔斯的《时间机器》的前几页对亚里士多德的时间进行了精彩的描述，大多数学生都对这个概念很熟悉，尤其是在我们研究了平地之后。然而，有些人却不满意，他们指出，仅仅因为你能描绘出高度与时间的关系，并不能使时间成为一个像高度这样的维度。毕竟，你可以绘制压力与时间的关系图，没有人把压力称为第四维度。当我们探索狭义相对论的含义时，这个讨论对我们很有帮助；学生们已经认识到时间是一种不同于空间的维度。

威尔斯对未来的描述也使我能够介绍外推和预测的思想，我们将他对世界末日的展望与目前恒星演化模型的预测进行了比较。我们用阿尔弗雷德·贝斯特的《手指的推动》和雷·布拉德伯里的《雷声》加深了对预测未来行为的研究。这两个故事都考察了导致截然不同情景的微小变化。然而，贝斯特设想了一种可能未来的高斯曲线。他从这样一个前提出发：如果你能给电脑（“预言家”）提供足够的关于当前的信息，你就能预测未来会发生什么。另一方面，布拉德伯里的时间旅行者踏上了白垩纪的一只蝴蝶，回到了一个完全不同的20世纪世界。蝴蝶效应已成陈词滥调eacute;, 但很少有学生读过故事的原著，也不了解蝴蝶在近似和建模方面的实际表现。大多数人认为是蝴蝶引起了飓风！这些故事让我纠正了这种常见的误解，让他们思考复杂系统中预测的局限性。

我们探讨了与时间旅行有关的悖论，以及它们是如何从作者想象时间的方式中衍生出来的。例如，在菲利普K。迪克的短篇小说《薪水支票》，来自未来的物品让主人公在当下的危机中生存。故事中的事件形成了一个封闭的循环：尽管主人公似乎采取了行动并做出了选择，但作者并不暗示事件的发生可能有所不同。相比之下，电影改编（也称为“薪水”）明确指出，角色的选择避免了一个“替代未来”，即世界被摧毁。相同的基本情节，不同的时间运作方式。

乔治·加莫关于汤姆金森先生的故事体现了特殊相对性的奇异含义。它们使我们能够破坏威尔斯对时间的定义，并对时间依赖于观察者的参照系有了更深刻的理解。不幸的是，加莫还把数学运用得淋漓尽致，学生们的恐惧使他们无法像我所希望的那样参与其中。

我们通过阅读艾伦·莱特曼的《爱因斯坦的梦》来结束对时间的考察，这本书呈现了一系列不同的时间观：有些是对相对论含义的夸大，有些是想象性的（例如，时间是一种感觉），还有一些是心理性的（例如，时间是一种感知）。这本书使我们能够从科学和个人的角度讨论我们对时间的看法。它唤起了学生们的好奇心；许多人说，这让他们以新的方式思考时间。

引力：

考虑到弯曲空间的图像，我们利用儒勒·凡尔纳的《从地球到月球》来研究轨道力学，并考虑如何将弹丸送入轨道。我们将凡尔纳19世纪关于如何登上月球的设想与100年后的阿波罗计划进行了比较，以展示火箭制造的不同之处。我们从物理学的角度以及政治/社会事业的角度来看待月球计划，发现凡尔纳具有惊人的先见之明。例如，巴比肯发起凡尔纳月球计划的演讲和约翰F。肯尼迪在赖斯大学的演讲宣布了阿波罗计划。

然后我们用拉里·尼文的“中子星”来探索潮汐的概念。在这个故事中，一个飞行员必须在一颗中子星的双曲线飞行中幸存下来，这颗中子星神秘地摧毁了以前的飞行员。这个情节取决于这样一个想法：一个来自无月行星的物种不会预测潮汐力的存在。学生们觉得，一个对物理学有足够了解的物种，如果能够发展星际旅行，就会意识到强大的引力场会起什么作用。艾萨克·阿西莫夫的《日暮》提供了一种观察多体问题和轨道复杂性的方法。尼文和阿西莫夫都让我们有机会反思环境条件对科学发展的影响以及我们自己对宇宙的理解。

亚原子世界：

汤普金斯先生的梦提供了一个生动的例子，说明了如果汽车和老虎等宏观物体展示了粒子的特性，那么像隧道效应和干涉效应这样的奇异粒子特性会是多么的奇怪。学生们发现这些想法很吸引人，但在期末考试中，很少有人能理解概率干扰的概念。有关隧道的问题也经常被遗漏。

艾萨克·阿西莫夫的《众神》并没有多大帮助。在这里，将原子与另一个强大的宇宙交换，解决了一个能量危机：那里稳定的原子在这里衰变，一旦原子与我们的宇宙达到平衡，就会重新释放能量。学生们对这个故事作为一个环保主义者的比喻产生了共鸣，但很难与我选择这个故事的观点联系起来：取向、平衡、放射性衰变以及粒子和力的标准模型。

《X档案》的一集《柔和的光》更有趣。它也向学生们展示了他们在理解上的进步。在我们观看的过程中，我让他们在听到剧本中的错误时大声说出来，我们停下来讨论每一个错误。花了将近90分钟才完成这场45分钟的演出。当他们听到像这样的对话时，房间里充满了呻吟声

戴维：（他当时）在研究暗物质、量子粒子、中微子、胶子、介子、夸克。。。

史高丽：（像圣人一样理解）亚原子粒子。

戴维：宇宙的奥秘。理论上说，现实的基石。

史高丽：除了没人知道他们是否真的存在。

一个学生脱口而出：“夸克不是暗物质！”他们惊讶地意识到，就在两周前，这句台词听起来像是似是而非的胡言乱语。

结论：

这门课程成功地提高了那些认为自己对物理不感兴趣的学生的学习热情。尽管学生对探索任何数学都有强烈的抵触情绪（课程评价中的负面评价都表达了同样的担忧：“数学太多了”），但评价中仍有许多评价，如“它让物理变得有趣”或“它让我从一个全新的角度看物理。”因为这门课程，18名学生将进入其他领域，讲述物理学是多么令人兴奋、有趣和发人深省。一个学生甚至决定从音乐专业转到物理专业。我还想要什么？

附：外文原文

Reaching Nonscience Students Through Science fiction

作者：Donald A. Smith

国籍：USA

出处：The Physics Teacher 47, 302 (2009); doi: 10.1119/1.3116843

In 2006 I had the chance to design a physics course for students not majoring in scientific fields. I chose to shape the course around science fiction, not as a source for quantitative problems but as a means for conveying important physics concepts. I hoped that, by encountering these concepts in nar-ratives, students with little or no science or math training might become more comfortable with them. I also thought the stories might provide the ideas with a context that would enable students to remem-ber them more clearly than if they were reading a physics textbook.

I am hardly the first person to use science fiction to teach science. Isaac Asimov suggested in 1968 that sci-fi stories might be useful for conveying scientific ideas in the classroom. Many other authors have enthusias-tically expanded on this suggestion. For example, Tom Southworth describes how he incorporated sci-fi sto-ries to teach modern physics to high school students,and Marta Dark uses sci-fi movies to teach introduc-tory physics at Spelman College.

The topic provides a tool for public outreach as well, as evidenced by many books and websites. Per-haps the most well-known is Lawrence Kraussrsquo; ThePhysics of Star Trek, which started a whole series of 5The Physics of hellip; books. Phil Plaitrsquo;s Bad Astronomy is mostly concerned with astronomy and physics mis-takes in nonfictional media, but h

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